[发明专利]一种具有粘附性的透明导电水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及生物高分子材料技术领域，具体公开一种具有粘附性的透明导电水凝胶及其制备方法和应用，所述水凝胶包括聚合物分子链和MXene@聚多巴胺复合材料，所述聚合物分子链缠绕形成三维网络结构，所述MXene@聚多巴胺复合材料在所述聚合物分子链上自组装形成纳米纤维；所述MXene/@聚多巴胺复合材料包括MXene材料和包覆在所述MXene材料表面的聚多巴胺。本发明的水凝胶既具有优异的粘附性，又具有良好的导电性和透明性。

技术领域

本发明涉及生物高分子材料技术领域，特别涉及一种具有粘附性的透明导电水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是由物理或化学交联的三维聚合物网络和水溶液组成。由于水凝胶具有吸水、膨胀、渗透、粘弹性、和生物相容性等优良性能，在食品、尿布、隐形眼镜等领域有着广泛的应用。

导电水凝胶因其优异的表面顺应性、延展性和生物相容性，在人工智能、个人健康监测和柔性触摸屏等领域具有巨大的潜力。此外，导电水凝胶在信息获取方面具有良好的灵活性和超敏性，可以将生理活动信号(如应变或压力)转化为可检测的电子信号(如电阻、电压、电流或电容)，是非常优异的下一代柔性表皮传感器材料。然而，导电水凝胶导电性、透明性、粘附性能和力学性能较差，在拉伸过程中不可避免地会受到损伤，严重阻碍了其在柔性表皮传感器中的应用。

相关技术公开了一种导电性和拉伸性良好的水凝胶，由MXene材料、多羟基材料和明胶基水凝胶交联形成，但该水凝胶不具有透明性和粘附性，很大程度上限制了在电子皮肤传感器领域的应用。另有相关技术制备了一种具有透明性和单面粘附性的导电水凝胶，其属于两性离子聚合物水凝胶，但离子凝胶的稳定性是不确定的，离子的移动和泄漏严重限制了其应用。还有相关技术通过在聚合物网络中原位形成聚多巴胺(PDA)掺杂聚吡咯(PPy)纳米纤维，制备出了一种透明、导电、可拉伸和自粘的水凝胶。该制备方法难度较大，不利于大规模生产。因此，制备出一种既具有良好的导电性和透明性，又具有优异的粘附性和拉伸性的水凝胶是非常必要的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种透明导电水凝胶，该水凝胶既具有优异的粘附性，又具有良好的导电性和透明性。

同时，本发明还提供该透明导电水凝胶的制备方法和应用。

具体地，本发明采取如下的技术方案：

本发明的第一方面是提供一种透明导电水凝胶，所述透明导电水凝胶包括聚合物分子链和MXene@聚多巴胺复合材料，所述聚合物分子链缠绕形成三维网络结构，所述MXene@聚多巴胺复合材料在所述聚合物分子链上自组装形成纳米纤维；

所述MXene@聚多巴胺复合材料包括MXene材料和包覆在所述MXene材料表面的聚多巴胺。

本发明的水凝胶中是由MXene、聚多巴胺和聚合物分子链通过物理和化学交联(包括化学键和氢键)的作用相互缠绕形成的，换句话说，所述水凝胶由MXene、聚多巴胺和聚合物交联形成。具体地，其中的聚合物分子链与聚合物分子链之间是通过化学键交联缠绕，MXene与MXene之间是通过氢键交联，MXene和聚多巴胺之间聚多巴胺的超强粘附性作用，MXene、聚合物分子链和聚多巴胺之间还存在物理缠绕。

水凝胶中的MXene是一类新型的二维材料，具有丰富的表面官能团、大比表面积和高导电性，可以提高水凝胶的导电性。多巴胺具有大量的能够赋予粘附性的邻苯二酚基团。由于层状的MXene提供了一个受限的空间，使得多巴胺发生部分氧化自聚合，形成聚多巴胺，此时，还存在大量游离的邻苯二酚基团，从而提高了导电水凝胶的粘附性。此外，形成的聚多巴胺包覆在片状的MXene表面，阻止MXene被氧化成TiO₂。另外，MXene@聚多巴胺复合材料降解为纳米点，这些纳米点在聚合物分子链上发生自组装形成纳米纤维，允许可见光的通过，获得透明的导电水凝胶。因此，本发明的水凝胶具有优异的粘附性，又具有良好的导电性和透明性。